微波加熱和滅菌殺蟲原理
1.微波加熱原理
微波具有波動(dòng)性、高效性、熱特性和非熱特性四大基本特性。微波能夠滲透到物料內(nèi)部,使物料內(nèi)部的分子相互作用而轉(zhuǎn)化為熱能。現(xiàn)有理論對微波加熱機(jī)制的描述一般是從極性分子及離子在微波場中的旋轉(zhuǎn)和電遷移這兩個(gè)角度來進(jìn)行的。
物料中的分子從電結(jié)構(gòu)看,一類分子叫無極性分子,另一類叫有極性分子。極性分子在無外界電場作用時(shí),雖然整個(gè)分子不帶電,但由于分子的正負(fù)電荷中心不重合,分子呈現(xiàn)極性。由于極性的存在,整個(gè)極性分子存在偶極矩。當(dāng)處于靜電場中時(shí),極性分子的排列方向?qū)㈦S之發(fā)生改變。如果將其置于交變的電場之中,這些介質(zhì)的極性分子取向也隨著電場的極性變化而變化,這種現(xiàn)象稱為極化。外加電場越強(qiáng),極化作用也就越強(qiáng),外加電場極性變化得越快,極化得也越快,分子的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子之間的摩擦作用也就越劇烈。當(dāng)被加熱物質(zhì)放在微波場中時(shí),其極性分子隨微波頻率以每秒幾十億次的高頻來回?cái)[動(dòng),迅速產(chǎn)生大量的熱能。
2.微波滅菌殺蟲原理
水分子本身就是一種極性分子。因此,含有水分的物料處于微波場中時(shí),微波電磁場對物料的作用有兩方面的效果:一是微波能量轉(zhuǎn)化為物料熱能而對物料加熱,另一種則是物料中的生物活性組成部分(如蛋白質(zhì)或酶)或混合物(如細(xì)菌、霉菌等)相互作用,使它們的生理活性得到抑制或激勵(lì)。前者稱為對物料的加熱效應(yīng),后者則稱為非熱或生物效應(yīng)。
微波加熱方式是瞬間穿透式加熱,被加熱的物料直接吸收微波能而即刻生熱,因而速度快且內(nèi)外受熱均勻。同時(shí),物料中的微生物也會(huì)吸收微波能而使溫度升高,破壞菌體中的蛋白質(zhì)成分,起到殺死微生物的作用。另一方面,細(xì)菌處在微波電場環(huán)境下,受到電磁場作用,細(xì)菌賴以生存的細(xì)胞膜與外界交換營養(yǎng)物質(zhì)的“離子通道”關(guān)閉,正常的生理活動(dòng)受到干擾停頓,造成細(xì)胞膜的瞬間破裂,成為細(xì)菌致死的重要原因。
總地來看,微波加熱和滅菌殺蟲具有如下優(yōu)點(diǎn):
w 微波加熱是由微波能量深入物體內(nèi)部轉(zhuǎn)為熱量使物料升溫,不依靠熱傳導(dǎo),能夠?qū)ξ锪险w里外同時(shí)加熱,物料內(nèi)外溫差小,溫度分布均勻,物料表面不易結(jié)硬殼;
w 微波加熱熱效率高,溫升迅速,預(yù)熱時(shí)間短,加熱均勻,節(jié)省能源;
w 加熱物料無熱慣性,容易實(shí)現(xiàn)對物料加熱溫升狀態(tài)的控制;
w 電磁場的生物效應(yīng),在低溫